KR101890753B1

KR101890753B1 - 유전자 분석장치

Info

Publication number: KR101890753B1
Application number: KR1020110127225A
Authority: KR
Inventors: 정원종; 정선옥; 정원석; 박진성; 김준호; 남궁각
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2018-10-01
Also published as: KR20130060914A; US20130137165A1; US9044751B2

Abstract

유전자 분석 장치가 개시된다. 개시된 유전자 분석 장치는 여기광을 샘플 솔루션에 조사하는 조명 광학계; 상기 샘플 솔루션의 바이오 반응 공간을 형성하는 것으로, 반사 패턴이 형성된 하나 이상의 미세 챔버를 구비하는 미세 유체 소자; 상기 미세 챔버 내에서의 바이오 반응에 의해 발생한 형광 신호를 검출하기 위한 것으로, 광검출기를 구비하는 검출 광학계;를 포함한다.

Description

유전자 분석장치{Gene analysis device}

본 개시는 바이오 반응을 이용하는 유전자 분석 장치에 관한 것이다.

개인 맞춤형 의료(Point of Care) 시대가 도래함에 따라 유전자 분석 및 체외 진단, 그리고 유전자 염기 서열 분석 등의 중요성이 부각되고 있으며, 또한 그에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이에 따라, 적은 양의 샘플로도 빠른 시간 내에 많은 양의 검사를 수행할 수 있는 시스템이 개발 및 출시되고 있다. 또한, 이러한 시스템을 구현하기 위하여, 미세유체칩(microfluidics)이나 랩온어칩(Lab on a Chip)과 같은 미세 유체 소자가 주목을 받고 있다. 복수의 미세 유로와 미세 챔버를 포함하는 미세 유체 소자는 미량의 유체(예를 들어, 수 nl ~ 수 ml)를 제어하고 조작이 가능하도록 설계된 것이 특징이다. 미세 유체 소자를 이용함으로써, 미세 유체의 반응 시간을 최소화할 수 있으며, 미세 유체의 반응과 그 결과의 측정이 동시에 이루어질 수 있다. 이러한 미세 유체 소자는 다양한 방법으로 제작될 수 있으며, 그 제작 방법에 따라 다양한 재료가 이용되고 있다.

한편, 예를 들어 유전자 분석시, 샘플에서 특정 DNA의 존재 여부 또는 DNA의 양을 정확히 알기 위해서는, 실제 샘플을 정제/추출한 후 측정 가능하도록 충분히 증폭하는 과정이 요구된다. 다양한 유전자 증폭 방법 중에서 예를 들어 중합효 소연쇄반응(polymerase chain reaction; PCR)이 가장 널리 쓰인다. 그리고, PCR을 통해 증폭한 DNA를 검출하기 위한 방법으로 형광 검출법이 주로 이용된다. 예를 들어 실시간 PCR(real-time PCR; qPCR)은 타깃 샘플(target sample)의 증폭 및 실시간 검출/측정을 위해 다수의 형광 염료/프로브 및 프라이머 세트(primer set)를 이용한다. 예컨대, 타크만 프로브(TaqMan probe)를 사용하는 qPCR의 경우, DNA 증폭 단계에서 타크만 프로브가 템플릿(template)으로부터 떨어져 나오면서 형광 특성을 갖게 되는 점을 이용한다. 즉, PCR 사이클이 진행되면서 각 템플릿으로부터 떨어져 나오는 타크만 프로브의 수가 지수적으로 증가하게 되고, 결국 형광 신호 레벨도 지수적으로 증가한다. 이러한 형광 신호 레벨의 변화를 광학계로 측정함으로써, 타깃 샘플의 유무 판정이나 정량 분석이 가능하게 된다. PCR 사이클이 진행되면서 형광 신호 레벨 곡선은 S-커브(S-curve)를 따르게 되는데, 형광 신호 레벨이 급격하게 변하는 지점에 Ct(threshold cycle) 값을 설정하여 측정하게 된다. 이러한 qPCR 기법이 적용된 체외 진단, 유전자 분석, 바이오 마커 개발, 유전자 염기 서열 분석 등의 플랫폼이 이미 상용화되어 있다.

수 nl ~ 수 ml의 미량의 유체를 다루는 미세 유체 소자 내에서 일어나는 PCR과 같은 바이오 반응에 의한 형광 신호를 검출함에 있어서, 신호 레벨은 일반적으로 샘플 솔루션의 양에 비례하며, 검출 가능한 한계를 LOD(limit of detection)라고 한다. 신호 레벨을 올리기 위해 증폭기를 사용하는 방법도 있지만, 이 경우, 노이즈도 함께 증폭되므로, 미량의 타겟을 검출하기에는 적절하지 않다. 따라서, 형광 신호 손실을 최소화하여 LOD를 향상시키는 방안에 대해 연구가 필요하다.

본 개시는 바이오 반응에 의한 형광 신호의 세기를 증가시킬 수 있는 유전자 분석 장치를 제공하고자 한다.

일 유형에 따르는 유전자 분석 장치는 여기광을 샘플 솔루션에 조사하는 조명 광학계; 상기 샘플 솔루션의 바이오 반응 공간을 형성하는 것으로, 반사 패턴이 형성된 하나 이상의 미세 챔버를 구비하는 미세 유체 소자; 상기 미세 챔버 내에서의 바이오 반응에 의해 발생한 형광 신호를 검출하기 위한 것으로, 광검출기를 구비하는 검출 광학계;를 포함한다.

상기 반사 패턴은 상기 조명 광학계에서 조사되어 상기 미세 챔버 내에 입사되는 광을 입사된 방향으로 되반사시킬 수 있는 형태의 재귀 반사 구조를 가질 수 있다.

상기 조명 광학계에서 조사된 광이 상기 미세 챔버로 입사되는 방향은 상기 미세 챔버 내에서의 바이오 반응에 의해 발생한 형광 신호가 상기 검출 광학계를 향하는 광경로의 광축과 일치할 수 있으며, 이 경우, 상기 반사 패턴은 상기 미세 챔버 내에서, 상기 광축과 수직인 면에 형성될 수 있다.

상기 반사 패턴은 상기 미세 챔버의 바닥면에 형성될 수 있다.

상기 미세 유체 소자는 실리콘 기판 재질로 형성될 수 있고, 상기 반사 패턴은 실리콘의 습식 식각시 실리콘의 결정면 방향에 따라 형성되는 소정 경사의 거울면들로 이루어질 수 있다.

상기 미세 유체 소자는 폴리머 재질로 형성될 수 있고, 상기 반사 패턴은 사출 성형(injection molding) 또는 핫 엠보싱(hot embossing) 공정에 의해 형성될 수 있다.

상기 조명 광학계는 상기 여기광을 방출하는 광원; 상기 광원에서 방출된 여기광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈; 여기광을 미세 유체 소자의 미세 챔버 상에 결상시키는 대물렌즈; 상기 광원으로부터 방출된 여기광을 투과 또는 반사하여 상기 대물렌즈로 진행시키고, 상기 미세 챔버에서 발생한 형광 신호를 반사 또는 투과시켜 상기 광검출기로 진행시키는 빔 스플리터;를 포함할 수 있다.

상기 조명 광학계는 상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 빔 스플리터 사이에 배치된 것으로, 상기 광원에서 방출된 광 중에서 상기 미세 챔버 내의 형광 염료를 여기시키는 파장을 갖는 여기광 성분만을 통과시키는 제 1 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 검출 광학계는 상기 대물렌즈; 상기 빔 스플리터; 및 여기광에 의해 미세 챔버에서 발생한 형광 신호의 세기를 측정하는 광검출기;를 포함할 수 있다.

상기 검출 광학계는 상기 빔 스플리터와 상기 광검출기 사이에 배치된 것으로, 상기 미세 챔버로부터의 형광 신호를 광검출기 상에 결상시키는 결상 렌즈를 더 포함할 수 있다.

상기 검출 광학계는 상기 빔 스플리터와 상기 결상 렌즈 사이에 배치된 것으로, 인접한 다른 미세 챔버로부터의 형광 신호를 제거하기 위한 제 2 필터; 및 상기 제 2 필터와 상기 결상 렌즈 사이에 배치된 것으로, 여기광 성분의 광을 제거하기 위한 제 3 필터;를 더 포함할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 유전자 분석 장치의 예시적인 구조를 개략적으로 보인다.
도 2는 도 1의 유전자 분석 장치에서 미세 유체 소자의 챔버 형태를 상세히 보인다.
도 3a는 도 2의 미세 유체 소자의 챔버 내에 형성된 반사 패턴의 예시적인 형상에 대한 현미경 사진이며, 도 3b는 도 3a의 일부 영역을 확대한 현미경 사진이다.
도 4a 내지 도 4d는 미세 유체 소자의 현미경 사진으로서, 각각 두 챔버에 반사 패턴을 형성한 경우, 왼쪽 챔버에만 반사 패턴을 형성한 경우, 오른쪽 챔버에만 반사 패턴을 형성한 경우 및 반사 패턴을 형성하지 않은 경우이다.
도 5a 내지 도 5d는 각각 도 4a 내지 도 4d에 대한 형광 신호를 스캔한 그래프이다.
도 6은 반사 패턴의 유무 및 농도에 따른 형광 신호의 세기를 PCR 사이클 진행에 따라 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 유전자 분석 장치(1000)의 예시적인 구조를 개략적으로 보이며, 도 2는 도 1의 유전자 분석 장치(1000)에서 미세 유체 소자(110)의 미세 챔버(115) 형태를 상세히 보인다.

먼저, 도 1을 참조하면, 유전자 분석 장치(1000)는 여기광을 샘플 솔루션에 조사하는 조명 광학계(130), 상기 샘플 솔루션의 바이오 반응 공간을 형성하는 것으로, 반사 패턴이 형성된 하나 이상의 미세 챔버(115)를 구비하는 미세 유체 소자(110) 및 미세 챔버(115) 내에서의 바이오 반응에 의해 발생한 형광 신호를 검출하는 광검출기(182)를 구비하는 검출 광학계(180)를 포함한다.

조명 광학계(130)는 검사 대상인 샘플 솔루션에 형광 신호를 여기하기 위한 광을 조사하기 위한 것으로, 여기광을 방출하는 광원(131), 광원(131)에서 방출된 여기광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈(133), 여기광을 미세 유체 소자(110)의 미세 챔버(115) 상에 결상시키는 대물렌즈(128) 및 광원(131)으로부터 방출된 여기광을 반사하여 대물렌즈(128)로 진행시키고, 미세 챔버(115)에서 발생한 형광 신호를 투과시켜 광검출기(182)로 진행시키는 빔 스플리터(126)를 포함한다. 또한, 콜리메이팅 렌즈(133)와 빔 스플리터(126) 사이에는 광원(131)에서 방출된 광 중에서 미세 챔버(115) 내의 형광 염료를 여기시키는 파장을 갖는 여기광 성분만을 통과시키는 제1필터(134)가 더 배치될 수 있다. 또한, 빔스플리터(116)와 대물렌즈(128) 사이에는 미세 챔버(115)의 형상에 맞추어 여기광의 광 스폿을 확장하는 빔 성형 렌즈(beam shaping lens)(127)를 포함할 수 있다.

여기서, 광원(131)은 예를 들어, 약 400~700nm의 파장을 갖는 광을 방출하는 LED(light emitting diode)이거나 또는 LD(laser diode)일 수 있다. 도 1에서는 편의상 콜리메이팅 렌즈(133), 빔 성형 렌즈(127) 및 대물렌즈(128)를 단지 하나의 단일 렌즈 소자로 표시하였지만, 상기 렌즈들(133, 127, 128)은 각각 다수의 렌즈 소자들의 조합으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1필터(134)는 예를 들어 특정 파장 대역의 광만을 통과시키는 대역 통과 필터(BPF)일 수 있다.

검출 광학계(180)는 미세 챔버(115)에서 발생한 형광 신호를 검출하기 위한 것으로, 미세 챔버(115)에서 발생한 형광 신호를 투과시키는 빔 스플리터(126)와 형광 신호의 세기를 측정하고 이를 전기적인 신호로 변환하는 광검출기(182)를 포함한다. 또한, 빔 스플리터(126)와 광검출기(182) 사이에는 미세 챔버(115)로부터의 형광 신호를 광검출기(182) 상에 결상시키는 결상 렌즈(183)가 더 배치될 수 있다. 또한, 빔 스플리터(126)와 결상 렌즈(183) 사이에는 인접한 다른 미세 챔버로부터의 형광 신호를 제거하기 위한 제2필터(186)가 더 배치될 수 있고, 제2필터(186)와 결상 렌즈(183) 사이에 여기광 성분의 광을 제거하기 위한 제3필터(185)가 더 배치될 수 있다. 검출 광학계(180) 내에서, 대물렌즈(128)는 미세 챔버(115)에서 발생한 형광 신호를 평행광으로 만드는 역할을 할 수 있고, 빔 성형 렌즈(127)는 미세 챔버(115)에서 발생한 형광 신호의 광 스폿을 광검출기(182)의 형상에 맞추어 변형시키는 역할을 할 수 있다. 따라서 조명 광학계(130)와 검출 광학계(180)는 빔 스플리터(126), 빔 성형 렌즈(127) 및 대물렌즈(128)를 공유할 수 있다.

여기서, 광검출기(182)는 예를 들어 다수의 포토 다이오드들의 어레이를 포함하거나, CCD(charge-coupled device) 이미지 센서 또는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있다. 또한, 도 1에서는 편의상 결상 렌즈(183)를 단지 하나의 단일 렌즈 소자로 표시하였지만, 결상 렌즈(183)는 다수의 렌즈 소자들의 조합으로 이루어질 수도 있다. 한편, 인접한 미세 챔버로부터의 간섭을 방지하기 위한 제2필터(186)는 예를 들어 특정 파장 이상의 대역을 통과시키는 고역 통과 필터(HPF)일 수 있다. 만약 복수의 미세 채널에 대해 동시에 측정이 이루어지지 않고, 한번에 하나의 미세 채널에 대해서만 측정이 이루어지는 경우에는 제2필터(186)가 배치되지 않을 수 있다. 제3필터(185)는 예를 들어 특정 파장 대역의 광만을 통과시키는 대역 통과 필터(BPF)일 수 있다.

도 1의 실시예에서는, 광원(131)에서 발생한 여기광이 빔 스플리터(126)에 의해 반사되고, 미세 챔버(115)에서 발생한 형광 신호가 빔 스플리터(126)를 투과하는 것으로 예시되어 있다. 즉, 도 1의 실시예에서 여기광의 광 경로는 빔 스플리터(126)에 의해 거의 직각으로 구부러져 있으며, 형광 신호의 광 경로는 일직선 형태이다. 그러나, 다른 실시예에서는 빔 스플리터(126)가 여기광을 투과시키고 형광 신호를 반사하도록 설계될 수도 있다. 이 경우, 여기광의 광 경로가 일직선 형태이고 형광 신호의 광 경로가 거의 직각으로 구부러져 있을 수 있다. 즉, 빔 스플리터(126)는 광원(131)으로부터 방출된 여기광을 투과시키거나 또는 반사하여 대물렌즈(128)로 진행시키고, 미세 챔버(115)에서 발생한 형광 신호를 반사하거나 또는 투과시켜 광검출기(182)로 진행시키는 역할을 할 수 있다. 이렇게 여기광의 광 경로와 형광 신호의 광 경로를 분리하는 빔 스플리터(126)는 예를 들어, 특정 파장의 광을 투과시키고 나머지 파장의 광을 반사하거나, 또는 특정 파장의 광을 반사하고 나머지 파장의 광을 투과시키는 다이크로익 미러(dichroic mirror)일 수 있다.

미세 유체 소자(110)는 임상 등 다양한 목적에 따라 시료를 정밀하게 분석하기 위해 마련되는 것으로, 예를 들어, 바이오 반응을 위한 하나 이상의 미세 챔버(115)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 미세 유체 소자(110)는 미세 챔버(115)와 함께, 샘플 솔루션이 유입되는 유입구과 미세 유로를 포함하며, 미세 챔버(115)에는 반사 패턴(115a)이 형성되어 있다. 이러한 반사 패턴(115a)은 바이오 반응에 의해 형성되는 형광 신호의 손실을 최소화하기 위해 마련되는 것으로, 조명 광학계(130)에서 조사되어 미세 챔버(115) 내에 입사되는 광을 입사된 방향으로 되반사시킬 수 있는 형태의 재귀 반사 구조를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 조명 광학계(130)에서 조사된 광이 미세 챔버(115)로 입사되는 방향은 미세 챔버(115) 내에서의 바이오 반응에 의해 발생한 형광 신호가 검출 광학계(180)를 향하는 광경로의 광축과 일치할 수 있으며, 이 경우, 반사 패턴(115a)은 미세 챔버(115) 내에서, 상기 광축과 수직인 면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사 패턴(115a)은 미세 챔버(110)의 바닥면에 형성될 수 있다.

미세 유체 소자(110)는 실리콘 기판 재질로 형성될 수 있고, 이 경우, 반사 패턴(115a)은 실리콘의 습식 식각시 실리콘의 결정면 방향에 따라 형성되는 소정 경사의 거울면들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si)의 식각액(etchant)인 TMAH(TetraMethylAmmonium Hydroxid)는 Si의 결정면에 따라 식각비(etching rate)가 다른 특성을 가지고 있다. Si(100)과 Si(110)의 식각비(etching rate)에 비해 Si(111)의 식각비가 현저히 작다. 이러한 이유에 따라, 미세 유체 소자(110)가 Si(100) 으로 형성된 경우 TMAH를 이용한 습식 식각시, 미세 챔버(115)의 바닥면과 약 54.7도의 경사를 가지는 거울면이 형성된다.

도 3a는 도 2의 미세 유체 소자(110)의 미세 챔버(115) 내에 형성된 반사 패턴(115a)의 예시적인 형상에 대한 현미경 사진이며, 도 3b는 도 3a의 일부 영역을 확대한 현미경 사진이다.

이와 같이, 미세 챔버(115)에 형성된 거울면은 조명 광학계(130)에서 조사된 광에 의해 여기된 형광이 검출 광학계(180)에 입사할 때, 손실을 줄이는 역할을 하여, 즉, 검출되는 형광 신호의 세기가 증가한다. 실리콘 식각액으로는 TMAH 외 KOH, EDP 등이 사용될 수 있다. 최종 식각 깊이(etching depth)를 고려한 마스크 설계로 추가 공정이 필요 없이 한 번의 습식 식각 공정으로 반사 패턴(115a)의 형성이 가능하다. 반사 패턴(115a)의 형상은 다양하게 설계될 수 있으며 도시된 형태에 국한되지 않는다.

미세 유체 소자(110)는 폴리머 재질로 형성될 수 있으며, 이 경우에는 사출 성형(injection molding)이나 열 엠보싱(hot-embossing) 등의 방법으로 미세 챔버(115)의 바닥면에 원하는 형상의 반사 패턴(11a)을 형성할 수 있다.

발명자는 반사 패턴에 의해 형광 신호의 세기가 증가하는 것을 실험적으로 확인하고 있다. 도 4a 내지 도 4d는 실험에 사용된 미세 유체 소자의 현미경 사진으로서, 각각 두 챔버에 반사 패턴을 형성한 경우, 왼쪽 챔버에만 반사 패턴을 형성한 경우, 오른쪽 챔버에만 반사 패턴을 형성한 경우 및 반사 패턴을 형성하지 않은 경우이다.

형광 신호 측정 실험을 위한 PCR 솔루션(solution)의 구성 및 타겟 템플릿(target template) 정보는 다음과 같다.

타겟 유전자(target gene)는 Sa442 와 Golbulin이며,　Globulin는 TR(texas red) dye, Sa442는 FAM dye를 이용하여 PCR 결과를 측정하였다.

도 5a 내지 도 5d는 각각 도 4a 내지 도 4d에 대한 형광 신호를 두 챔버에 걸쳐 화살표 D 방향으로 스캔하며 측정한 그래프들이다. 그래프들을 참조하면, 반사 패턴이 형성된 경우에 형광 신호 레벨이 높게 나오는 것을 알 수 있다.

도 6은 반사 패턴의 유무 및 Sa442의 농도에 따른 형광 신호의 세기를 PCR 사이클 진행에 따라 도시한 PCR 곡선이다.

실험에서 Sa442는 농도 10^1 copy/ul (C1), 10^2 copy/ul (C2), 10^3 copy/ul (C3), 10^4 copy/ul (C4)로, globulin의 경우 내부 제어(internal control)로 모든 테스트에서 같은 농도로 PCR에 참여하였다. 그래프에서 C1_patterned_FAM은 농도 Cn인 경우 반사 패턴이 있는 챔버에서의 FAM 형광신호이고, C1_plane_FAM은 농도 C1인 경우, 반사 패턴이 없는 챔버에서의 FAM 형광신호를 의미한다. PCR 곡선들을 살펴보면, Sa442의 농도가 높을수록 측정된 FAM 형광 신호의 세기가 크며, 또한, 같은 농도의 경우, 반사 패턴이 형성된 경우 형광 신호의 세기가 보다 크게 나타나고 있다.

표 2는 도 6에서, 45번째 사이클에서의 형광 신호의 세기를 농도별로 나타내고 있다.

농도	Rn_F_pattern	Rn_F_plane	ΔRn_F	ΔRn_F(%)
C1	0.093	0.060	0.033	55.0
C2	0.400	0.351	0.049	15.0
C3	0.865	0.726	0.139	19.1
C4	1.349	1.103	0.234	22.3

Rn_F_pattern, Rn_F_plane는 각각 반사 패턴이 있는 경우와 없는 경우, 45번째 사이클의 형광 신호 세기를 나타낸다. ΔRn_F는 반사 패턴 유무에 따른 형광 신호 세기의 차이를 나타낸다.

표 2를 참조하면, 형광 신호의 세기는 농도가 높을수록 증가하며, 같은 농도에서는 반사 패턴이 있는 경우 높은 값을 갖는다. 반사 패턴에 의해 형광 신호의 세기가 증가한 정도는 저농도에서 더 크게 나타남을 볼 수 있다.

발명자는 또한, 반사 패턴 유무에 따른 Ct 값을 측정하였다. Ct(cycle threshold)는 PCR 사이클이 진행되면서 형광 신호 세기 곡선은 S-곡선의 형태를 따르게 되는데, 형광 신호 세기가 급격하게 변하는 지점의 사이클 수를 의미한다. 발명자는 반사 패턴이 있는 경우와 없는 경우, Ct 값이 의미있는 차이를 나타내지 않음을 관찰하였다. 다만, 실험은 반사 패턴이 있는 미세 챔버의 경우, 반사 패턴이 없는 미세 챔버에 채워지는 솔루션 부피, 즉 PCR 반응에 참여하는 솔루션 부피가 대략 0.250ul가 적게 되었고, 이는 Ct 값에 영향을 미칠 수 있는 차이이다. 다시 말하면, 반사 패턴이 있는 챔버에서, 적은 부피의 샘플 솔루션이 PCR에 참여하였음에도 불구하고 형광 신호의 세기는 반사 패턴이 있는 챔버의 경우보다 높게 나타난 것을 고려할 때, PCR에 참여한 솔루션 부피가 같았다면 반사 패턴이 있는 경우, Ct값이 더 작을 것으로 예측된다. 이와 같은 결과로부터 챔버내에 형성된 반사 패턴이 LOD(limit of detection) 성능 향상에 기여하고 있음을 알 수 있다. 챔버내에 반사 패턴을 형성하는 경우, 특히, 미량의 바이오 샘플 반응에 보다 유리하다.

상술한 설명에서 미세 유체 소자의 구체적인 형상이나 미세 챔버내에 내에 형성된 반사 패턴의 형상을 구체적으로 도시하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것이고 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 미세 유체 소자에 구비되는 챔버의 개수, 유체 유입구, 유출구의 위치나 형태, 미세 유로의 구조등은 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 챔버 내에 형성되는 반사 패턴으로는 챔버내에 입사된 여기광에 의해 발생한 형광 신호가 최소한의 손실로 검출광학계에 입사되게 하는 다양한 형태의 반사 구조가 채용될 수 있다.

이러한 본원 발명인 유전자 분석 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100...유전자 분석 장치 110...미세 유체 소자
115...미세 챔버 126...빔 스플리터
127...빔 성형렌즈 128...대물렌즈
130...조명 광학계 131...광원
133...콜리메이팅 렌즈 134...제1필터
180...검출 광학계 182...광검출기
183...결상 렌즈 185...제3필터
186...제2필터

Claims

여기광을 샘플 솔루션에 조사하는 조명 광학계;
상기 샘플 솔루션의 바이오 반응 공간을 형성하는 것으로, 반사 패턴이 형성된 하나 이상의 미세 챔버를 구비하는 미세 유체 소자;
상기 미세 챔버 내에서의 바이오 반응에 의해 발생한 형광 신호를 검출하기 위한 것으로, 광검출기를 구비하는 검출 광학계;를 포함하며,
상기 반사 패턴은
상기 조명 광학계에서 조사되어 상기 미세 챔버 내에 입사되는 광을 입사된 방향으로 되반사시킬 수 있는 형태의 재귀 반사 구조를 가지며, 상기 미세 챔버의 바닥면에 형성되는, 유전자 분석 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 조명 광학계에서 조사된 광이 상기 미세 챔버로 입사되는 방향은
상기 미세 챔버 내에서의 바이오 반응에 의해 발생한 형광 신호가 상기 검출 광학계를 향하는 광경로의 광축과 일치하는 유전자 분석 장치.
제3항에 있어서,
상기 반사 패턴은
상기 미세 챔버 내에서, 상기 광축과 수직인 면에 형성되는 유전자 분석 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 미세 유체 소자는 실리콘 기판 재질로 형성된 유전자 분석 장치.
제6항에 있어서,
상기 반사 패턴은
실리콘의 습식 식각시 실리콘의 결정면 방향에 따라 형성되는 소정 경사의 거울면들로 이루어지는 유전자 분석 장치.
제1항에 있어서,
상기 미세 유체 소자는 폴리머 재질로 형성된 유전자 분석 장치.
제8항에 있어서,
상기 반사 패턴은 사출 성형(injection molding) 또는 핫 엠보싱(hot embossing) 공정에 의해 형성되는 유전자 분석 장치.
제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명 광학계는
상기 여기광을 방출하는 광원;
상기 광원에서 방출된 여기광을 평행광으로 만드는 콜리메이팅 렌즈;
여기광을 미세 유체 소자의 미세 챔버 상에 결상시키는 대물렌즈;
상기 광원으로부터 방출된 여기광을 투과 또는 반사하여 상기 대물렌즈로 진행시키고, 상기 미세 챔버에서 발생한 형광 신호를 반사 또는 투과시켜 상기 광검출기로 진행시키는 빔 스플리터;를 포함하는 유전자 분석 장치.
제10항에 있어서,
상기 조명 광학계는
상기 콜리메이팅 렌즈와 상기 빔 스플리터 사이에 배치된 것으로, 상기 광원에서 방출된 광 중에서 상기 미세 챔버 내의 형광 염료를 여기시키는 파장을 갖는 여기광 성분만을 통과시키는 제1필터를 더 포함하는 유전자 분석 장치.
제10항에 있어서,
상기 검출 광학계는
상기 대물렌즈;
상기 빔 스플리터; 및
여기광에 의해 미세 챔버에서 발생한 형광 신호의 세기를 측정하는 광검출기;를 포함하는 유전자 분석 장치.
제12항에 있어서,
상기 검출 광학계는
상기 빔 스플리터와 상기 광검출기 사이에 배치된 것으로, 상기 미세 챔버로부터의 형광 신호를 광검출기 상에 결상시키는 결상 렌즈를 더 포함하는 유전자 분석 장치.
제13항에 있어서,
상기 검출 광학계는
상기 빔 스플리터와 상기 결상 렌즈 사이에 배치된 것으로, 인접한 다른 미세 챔버로부터의 형광 신호를 제거하기 위한 제2필터; 및
상기 제2필터와 상기 결상 렌즈 사이에 배치된 것으로, 여기광 성분의 광을 제거하기 위한 제3필터;를 더 포함하는 유전자 분석 장치.